CN108123017A - 半导体发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体发光器件。包括n型氮化物半导体层；p型氮化物半导体层；位于所述n型氮化物半导体层与所述p型氮化物半导体层之间，且当所述n型氮化物半导体层和所述p型氮化物半导体层通电时能够发光的活性层；位于所述活性层与所述p型氮化物半导体层之间的电子阻挡层；以及位于所述活性层与所述电子阻挡层之间由MgN组成的p型夹层。本发明增加了注入到活性层的空穴，从而提高了发光效率。

Description

半导体发光器件
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，更具体地说，是一种半导体发光器件，被注入空穴的浓度增加到使用氮化物半导体的发光器件上的活性层，以提高发光效率。
背景技术
发光二极管(LED)是一种能将电流转化成光的半导体发光器件。一般来说，发光二极管包括一个活性层，它带有不同掺杂剂n型和p型分别存在于半导体层之间。驱动电流可以被许可于n型半导体层和p型半导体层时，从n型半导体层和p型半导体层开始各自的电子和空穴会被注入到活性层。被注入的电子和空穴在活性层中重新组合后会发出光。
氮化物发光器件采用氮化物半导体材料，具有较宽的带隙，且带有不同颜色的光和较好的热稳定性，因此广泛应用于各个领域。近年来，为提高上述氮化物半导体发光器件的发光效率，进行了多次研究。其中一项研究是在活性层与p型半导体层之间形成一个电子阻挡层。
如图1所示，传统的氮化物半导体发光器件包括一个存在与活性层（12）和p型半导体层（15）之间的电子阻挡层（14）。上述的电子阻挡层（14）阻止了从n型半导体层（11）向活性层（12）提供的电子溢流到p型半导体层，从而提高了活性区域内重组的效率。参考数字10表示未掺杂的半导体层。
然而，在活性层（12）和p型半导体层（15）之间的电子阻挡层（14）虽然可以防止电子的溢出，但同时也存在着一个弊端，那就是电子阻挡层也阻止了p型半导体层（15）向活性层（12）提供空穴。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术存在问题，提供一种半导体发光器件，将增加的空穴注入到活性层，以提高发光效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种半导体发光器件，包括
n型氮化物半导体层；
p型氮化物半导体层；
位于所述n型氮化物半导体层与所述p型氮化物半导体层之间，且当所述n型氮化物半导体层和所述p型氮化物半导体层通电时能够发光的活性层；
位于所述活性层与所述p型氮化物半导体层之间的电子阻挡层；
以及位于所述活性层与所述电子阻挡层之间的p型夹层。
在本发明一实施例中，所述电子阻挡层为掺杂有p型杂质的AlGaN或AlInGaN层。
在本发明一实施例中，所述p型杂质为Mg。
在本发明一实施例中，所述p型夹层为MgN层。
在本发明一实施例中，所述n型氮化物半导体层为掺杂有n型杂质的AlxInyGa(1-x-y)N层，其中，0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1。
在本发明一实施例中，所述p型氮化物半导体层为掺杂有p型杂质的AlxInyGa(1-x-y)N层，其中，0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1。
在本发明一实施例中，所述活性层为InaGa1-aN层，其中，0≤a≤1。
在本发明一实施例中，所述活性层为量子阱层InGaN和量子阻挡层GaN相互堆叠的多重量子阱结构。
在本发明一实施例中，所述p型氮化物半导体层上还设置有透明导电层，且n型氮化物半导体层的裸露部分和透明导电层上各设置有n-电极和p-电极。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明在活性层与所述电子阻挡层之间增加MgN组成的p型夹层，降低了和活性层与电子阻挡层之间的晶体失配程度，从而降低了电子阻挡层的晶体缺陷；此外，MgN组成的p型夹层使得电子阻挡层中的Mg掺杂剂更稠密的密封在一起，降低了Mg活性能量，从而提高了掺杂浓度，提高了半导体发光器的发光效率。
附图说明
图1为一种传统的氮化物半导体发光器件的截面图。
图2为本发明最佳实施例的一种半导体发光器件的截面图。
图3为本发明本发明最佳实施例的一种有关半导体发光器件SIMS 曲线图。
图中：
10、100：未掺杂的氮化半导体层 11、110：n型氮化物半导体层
12、120：活性层 130：p型夹层
14、140：电子阻挡层 15、150：p型氮化物半导体层。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明的一种半导体发光器件，包括n型氮化物半导体层；p型氮化物半导体层；位于所述n型氮化物半导体层与所述p型氮化物半导体层之间，且当所述n型氮化物半导体层和所述p型氮化物半导体层通电时能够发光的活性层；位于所述活性层与所述p型氮化物半导体层之间的电子阻挡层；以及位于所述活性层与所述电子阻挡层之间的p型夹层。
如图2所示，本发明最佳实施例的半导体发光器件包括：n型氮化物半导体层（110），活性层（120），p型氮化物半导体层（150），电子阻挡层（140）和p型夹层（130）。p型夹层（130）可能是MgN，该MgN层减少了活性层（120）和电子阻挡层（140）之间的晶格失配，通过引导Mg掺杂剂的稠密性来提高电子阻挡层（140）内Mg掺杂剂的浓度。
上述各层为在基板和基板上形成的未掺杂的氮化半导体层（100）上有一个堆叠的结构，p型氮化物半导体层（150）上为了欧姆接触设置有透明导电层。另外， n型氮化物半导体层（110）的裸露部分和透明导电层上各配置有n-电极和p-电极，图中未显示。
N型氮化物半导体层（110）可以是掺杂了n型杂质，例如Si的AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)层形成的。
P型氮化物 半导体层（150）可以是掺杂了p型杂质Mg的AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1,0≤y≤1, 0≤x+y≤1) 层形成的。
活性层（120）位于上述n型氮化物半导体层(110)和p型氮化物半导体层（150）之间，使得n型氮化物半导体层(110)与p型氮化物半导体层（150）有电连接后，两侧半导体层（110，150）上通过电流时即可发光。活性层（120）为带有InaGa1-aN (0≤a≤1)层形成，或为量子阱层(InGaN)和量子阻挡层(GaN)相互堆叠的多重量子阱(MQW)结构。两侧半导体层（110，150）上通过电流时，n型氮化物半导体层（110）向活性层（120）提供电子，p型氮化物半导体层（150）向活性层（120）提供空穴，电子和空穴进行再重组后就会发出光。
如上述所说，在上述发光结构的基本模型中，由于电子具有比空穴更高的流动性，电子可能会从活性层（120）溢出到p型氮化半导体层（150）。电子的溢出导致了不发光的重组，从而降低了发光效率。为了减少上述电子溢出，在活性层（120）和p型氮化半导体层（150）之间设置有电子阻挡层（140），从而避免了电子溢出。
电子阻挡层（140）可以由一个比活性层（120）更大的带隙能量的物质组成，例如，AlGaN或AlInGaN。这种电子阻挡层（140）虽阻挡了电子的溢出，但是却阻碍了p型氮化半导体层（150）往活性层（120）注入空穴。由于电子阻挡层（140）减少了进入活性层（120）的空穴，导致发光效率降低。
为了解决上述问题，可以增加一些掺杂p型杂质，如镁(Mg)到电子阻挡层（140）。但是，如上述所说的通常用于电子阻挡层（140）的AlGaN因具有高的带隙能量，所以镁(Mg)也具有高活性能量，然而实际上电离化后镁的浓度却非常低。此外，上述的电子阻挡层物质与InGaN等活性层的晶格失配度较高。另外，当Mg的掺杂升高时，Mg掺杂本身就会增加晶体缺陷，最终会导致镁掺杂浓度被减少。
在本发明的最佳实施例中，通过在活性层（120）和电子阻挡层（140）之间增加p型夹层（130）。P型夹层（130）可以是MgN。
在本发明实施例中，用于p型夹层(130)的MgN降低了和InGaN一样的活性层(120)与电子阻挡层(140)之间的晶体失配程度，从而降低了电子阻挡层(140)的晶体缺陷。此外，MgN使得Mg掺杂剂更稠密的密封在一起，降低了Mg活性能量，从而提高了掺杂浓度。
如图3所示为本发明最佳实施例的半导体发光器件的SIMS曲线图，在p型电子阻挡层(140)上增加了Mg的掺杂浓度，从而增加了注入活性层的空穴。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种半导体发光器件，其特征在于：包括
n型氮化物半导体层；
p型氮化物半导体层；
位于所述n型氮化物半导体层与所述p型氮化物半导体层之间，且当所述n型氮化物半导体层和所述p型氮化物半导体层通电时能够发光的活性层；
位于所述活性层与所述p型氮化物半导体层之间的电子阻挡层；
以及位于所述活性层与所述电子阻挡层之间的p型夹层。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于：所述电子阻挡层为掺杂有p型杂质的AlGaN或AlInGaN层。
3.根据权利要求2所述的半导体发光器件，其特征在于：所述p型杂质为Mg。
4.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于：所述p型夹层为MgN层。
5.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于：所述n型氮化物半导体层为掺杂有n型杂质的AlxInyGa(1-x-y)N层，其中，0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1。
6.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于：所述p型氮化物半导体层为掺杂有p型杂质的AlxInyGa(1-x-y)N层，其中，0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1。
7.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于：所述活性层为InaGa1-aN层，其中，0≤a≤1。
8.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于：所述活性层为量子阱层InGaN和量子阻挡层GaN相互堆叠的多重量子阱结构。
9.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于：所述p型氮化物半导体层上还设置有透明导电层，且n型氮化物半导体层的裸露部分和透明导电层上各设置有n-电极和p-电极。
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